Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

CHƯƠNG 1

MÔ HÌNH TƯƠNG ĐƯƠNG

CỦA BJT VÀ MOSFET KHI TÍN HIỆU NHỎ

Tương ứng với chương 13 trong sách Microelectronic Circuit Design_Richard C. Jaeger & Travis N. Blalock

Nội dung chương 1

1.1. Các tham số, chế độ hoạt động ở tín hiệu nhỏ của Diode

1.2. Cấu trúc của BJT, mô hình vận chuyển trong BJT npn

1.3. Biểu thức chung cho các chế độ phân cực của BJT npn

1.4. Cấu trúc của BJT pnp, biểu thức chung cho các chế độ phân cực của BJT pnp

1.5. Phân cực, mạch khuếch đại dùng BJT, tham số khuếch đại của BJT

1.6. Mô hình tương đương tín hiệu nhỏ của BJT

1.7. Chế độ hoạt động tín hiệu nhỏ của BJT

1.8. Mạch tương đương AC và DC của khuếch đại dùng MOSFET

1.9. Mô hình tín hiệu nhỏ của MOSFET

1.10. Chế độ hoạt động tín hiệu nhỏ của MOSFET

1.11. Mô hình tín hiệu nhỏ của JFET

1.12. Hiệu ứng thân trong MOSFET bốn cực

2 Tương ứng với chương 13 trong sách Microelectronic Circuit Design_Richard C. Jaeger & Travis N. Blalock

Hệ số góc của đường đặc tuyến của diode tại

Q-point được gọi là độ dẫn điện của diode

và được cho bởi công thức:

Điện trở của diode được cho bởi công thức:

poQDvD

40V025.0

For ID>>IS

1.1. Các tham số, chế độ hoạt động ở tín hiệu nhỏ

của Diode

21exp1exp

Trừ hai vế của ID,

Với id là hàm tuyến tính của tín hiệu điện áp vd,

Yêu cầu cho việc hoạt động ở tín hiệu nhỏ của diode.

V05.02 T

Phân tích chuỗi

Maclaurin

1.1. Các tham số, chế độ hoạt động ở tín hiệu nhỏ của

mVTVdvTVdv

Trong thực tế, ta chọn:

dv 510

Dddd ImV

Ivgi 2.05

di 2.0

Với tính tuyến tính, id tỉ lệ với vd

Yêu cầu cho việc hoạt động ở tín

hiệu nhỏ của diode.

1.1. Các tham số, chế độ hoạt động ở tín hiệu nhỏ của

Ví dụ 1 và 2: tính điện trở của Diode

• Ví dụ 1: Tìm các giá trị của điện trở của diode rd để một diode với IS =

1 fA hoạt động tại ID = 0,5 μA, 2 mA và 3 A

• Đáp án: 50K; 12.5; and 8.33 m

• Ví dụ 2: Tìm giá trị của điện trở của diode rd ở mô hình tín hiệu nhỏ tại

nhiệt độ phòng với ID = 1.5 mA và ở T = 100 oC.

• Đáp án: 16.7 , 21.4

1.2. Cấu trúc của BJT, mô hình vận chuyển trong BJT

Bao gồm 3 lớp bán dẫn loại n và p, được gọi là vùng phát (emitter (E)), nền (base

(B)) và thu (collector (C)).

Phần lớn dòng điện đi vào cực C, qua vùng nền (base) và ra ngoài qua cực E. Một

dòng điện nhỏ cũng sẽ đi vào cực B, qua liên kết BE và ra ngoài ở cực E.

Các hạt tải nằm trong vùng nền ngày bên dưới vùng được pha đậm (n+) E điều khiển

đường đặc tính i-v của BJT.

1.2. Cấu trúc của BJT, mô hình vận chuyển

trong BJT npn

Lớp nền mỏng liên kết hai kết nối

pn lại với nhau.

Cực phát (emitter) phóng electron

vào vùng nền, hầu hết các electron

này sẽ đi qua lớp nền và được được

ra ngoài bởi cực thu

• Điện thế vBE và điện thế vBC

quyết định các dòng trong

transistor và có giá trị dương

khi các pn junction được phân

cực thuận.

• Dòng tại các cực là dòng thu

(iC), dòng nền (iB) và dòng phát

• Sự khác nhau cơ bản giữa BJT

và FET là iB là đáng kể, trong

khi iG = 0.

1.2. Đặc tính phân cực thuận của BJT npn

Dòng vận chuyển thuận:

IS là dòng bão hòa

A910A1810 S

VT = kT/q =0.025 V ở nhiệt độ phòng

Dòng nền:

50020 F

Dòng phát được cho bởi công thức:

(Hệ số khuyếch đại CE)

(Hệ số khuếch đại

Trong vùng tích cực,

Dòng vận chuyển nghịch:

Dòng phát:

(Hệ số khuyếch đại CE)

(Hệ số khuyếch đại

CB) Dòng nền:

Dòng nền ở chế độ phân cực thuận và phân

cực nghịch là khác nhau do sự bất đối xứng

trong việc pha tạp ở vùng thu và vùng phát.

1.2. Đặc tính phân cực nghịch của BJT npn

1.3. Biểu thức chung cho các chế độ phân cực của

BJT npn

1expexpexp

1exp1exp

Tính toán các tham số:

Ví dụ 3

Ví dụ: Tính giá trị điện áp và dòng

điện tại các cực: vBE, vBC, iC, iE, iB.

Biết: VBB = 0.75 V, VCC = 5.0 V, IS

=10-16 A, F =50, R =1

Giả sử: Mạch hoạt động ở nhiệt độ

phòng, VT =25.0 mV.

Phân tích mạch: VBE =?,

VBC = ?

Kiểm tra: F =?, R =?

Ví dụ 3

Biểu thức của dòng điện tại các cực của transistor,

982.0mA09.1

mA07.1

50mA0214.0

mA07.1

mA07.1C

mA09.1E

A4.21 B

VBC = VBB- VCC =0.75 V-5.00V=-4.25 V

1.4. Cấu trúc của BJT pnp, biểu thức chung

cho các chế độ phân cực của BJT pnp

1.4. Tính chất phân cực thuận của BJT pnp

1.4. Tính chất phân cực nghịch của BJT pnp

1.4. Cấu trúc của BJT pnp, biểu thức chung

cho các chế độ phân cực của BJT pnp

1expexpexp

1exp1exp

Ví dụ 4

Tìm Ic, IE, và IB cho một pnp transistor nếu Is = 10-16 A, VEB =

0.75 V, và VCB = +0.70 V, βF=75, βR=0.40

Tìm Ic = ?mA, IE = ? mA, IB = ?mA

Ví dụ 4

1expexpexp

1exp1exp

0.75 V, và VCB = +0.70 V, βF=75, βR=0.40

Ví dụ 4

Đáp Án: Ic = 0.563 mA, IE = 0.938 mA, IB = 0.376 mA

1expexpexp

1exp1exp

0.75 V, và VCB = +0.70 V, βF=75, βR=0.40

1.5. Phân cực, mạch khuếch đại dùng BJT,

tham số khuếch đại của BJT

Mục đích của việc phân cực cho BJT là thiết lập một điểm làm việc tĩnh

(Q-point) và nhờ vào đó xác định vùng hoạt động ban đầu của transistor.

Đối với một BJT, Q-point được đại diện bởi (IC, VCE) cho npn transistor

hoặc là (IC, VCE) cho pnp transistor.

Q-point điểu khiển giá trị của điện dung khuếch tán, độ dẫn truyền, trở

kháng vào và trở kháng ra

Trong thực tế phân tích mạch, ta thường sử dụng các công thức toán đã

được đơn giản hóa cho mỗi vùng hoạt động và hiệu điện thế Early được

xem là rất lớn

Trong thực tế, hai mạch điện thường được dùng để phân cực BJT là:

– Mạch phân cực 4 điện trở

– Mạch phân cực 2 điện trở

Phân tích mạch DC:

– Tìm sơ đồ tương đương dc bằng cách thay thế tất cả các tụ điện bằng

một mạch hở và các cuộn cảm bằng dây dẫn.

– Tìm Q-point của mạch tương đương dc bằng cách sử dụng mô hình

transistor cho tín hiệu lớn.

Phân tích mạch AC:

– Tìm sơ đồ mạch tương đương ac bằng cách thay thế tất cả tụ điện bằng

dây dẫn và cuộn cảm bằng mạch hở, nguồn điện áp một chiều được nối

đất và nguồn dòng một chiều được thay bằng mạch hở.

– Thay thế tất cả các transistor bằng mô hình tín hiệu nhỏ

– Sử dụng mô hình tín hiệu nhỏ cho mạch ac để phân tích các đặc tính của

mạch khuếch đại.

– Tổng hợp các kết quả phân tích trong mạch ac và dc để tìm các điện áp

và dòng điện trong mạch. 22

Các tụ liên lạc được sử dụng để đưa

tín hiệu một chiều vào mạch và trích

xuất tín hiệu ở đầu ra mà không làm

ảnh hưởng đến Q-point

Các tụ điện cung cấp một trở kháng

không đáng kể tại các tần số được

quan tâm và làm hở mạch đối với

dòng điện xoay chiều.

C1 và C3 là những tụ liên lạc hoặc là tụ

được dùng để chặn các thành phần một

chiều, dung kháng của chúng rất nhỏ đối

với các tín hiệu lớn.

C2 là tụ lọc nhiễu cao tần, nó cung cấp

một đường rẽ có trở kháng nhỏ để dòng

điện chạy từ cực emitter tới mass, loại

bỏ RE (cần thiết để có một Q-point ổn

định) ra khỏi mạch khi ta tính đến các

tính hiệu xoay chiều.

1.5. Mạch tương đương AC và DC của mạch khuếch

đại dùng BJT

Tất cả các tụ điện ở mạch khuếch đại gốc được thay thế bởi mạch hở,

ngắt vI, RI, và R3 ra khỏi mạch.

đại dùng BJT

Viết các biểu thức thể hiện vC(t), vE(t), iC(t) và vB(t) dựa trên dạng sóng được

cho trong hình

đại dùng BJT

kΩ100kΩ3.43

kΩ30kΩ1021

đại dùng BJT

Mạch khuếch đại AC dùng BJT

BJT được phân cực ở vùng tích cực bởi hiệu điện thế VBE. Q-point được đặt

tại (IC, VCE)=(1.5 mA, 5 V) với IB = 15 A.

Tổng điện áp giữa hai cực base và emitter : be

Điện áp giữa hai cực collector và emitter:

Ta có đường dẫn điện C

CEv 10

Đặc tuyến mạch khuếch đại dùng BJT

8 mV thay đổi ở vBE dẫn đến 5 A sự

thay đổi của iB và 0.5 mA thay đổi ở iC.

0.5 mA thay đổi ở iC dân đến 1.65 V

thay đổi ở vCE .

Nếu sự thay đổi trong các dòng điện

và điện thế hoạt động là đủ nhỏ, thì

dạng sóng của IC và VCE là không

đổi so với tín hiệu vào.

Sự thay đổi nhỏ về điện thế ở cực

base sẽ gây ra sự thay đổi lớn về

điện thế ở cực collector.

Hệ số khuếch đại điện thế:

Dấu âm chỉ ra sự đảo pha 1800 giữa

tín hiệu vào và tín hiệu ra.

2061802060008.0

18065.1

Đặc tuyến mạch khuếch đại dùng BJT

Ví dụ 5: Hệ số khuếch đại dòng điện CE (F)

của transistor lưỡng cực được định nghĩa

bằng công thức: F = ic/ib

(a) Xác định giá trị F của transistor ở hình

(b) Dòng thu dc của BJT hoạt động ở vùng

tích cực được cho bởi công thức /Ic =

Is.exp(VBE/VT ).Dựa trên những dữ liệu

được cho của Q-point để tìm dòng bão hòa

ls của transistor ở hình bên.

Ví dụ 5

Ví dụ 5:(c) Tỉ số của vbe/ib đại diện

cho trở kháng vào Rin của BJT. Tìm

giá trị của điện trở đó trong hình bên.

(d) BJT có tiếp tục hoạt động trong

vùng tích cực với tất cả điện áp đầu

vào tại cực collector?

Ví dụ 5

Đáp án: F = 100; Is = 1.04 x 10~15 A;

Rin = 1.6 k; Có

Sử dụng hệ thống 2 cổng như hình trên,

Các tham số tại các cổng có thể chỉ phần

thay đổi theo thời gia của tổng điện áp và

các dòng điện hoặc là những sự thay đổi

nhỏ bên ngoài giá trị của Q-point.

cev22be

cev12be

pointQ0cevbev

pointQ

pointQ0cevbev

CEVAVCI

pointQ0be

o là hệ số khuếch đại dòng điện CE của BJT.

cevbevci

cevbevbi

F : Hệ số khuếch đại dòng dc; 0 : Hệ số khuếch đại dòng ac. Nhìn chung: F= 0 =

Mô hình tín hiệu nhỏ hybrid-pi

đại diện cho các tần số thấp nội

tại của BJT.

Các tham số tín hiệu nhỏ được

điều khiển bởi Q-point và độc

lập với hình dạng của BJT

Độ hỗ dẫn:

Iymg 4021

Trở kháng vào:

Trở kháng ra:

Nguồn dòng phụ thuộc điện áp gmvbe có thể được biến đổi thành nguồn

dòng phụ thuộc dòng điện,

Mối quan hệ ic=ib là hữu dụng trong việc phân giải mạch dc và ac khi

BJT hoạt động trong vùng tích cực.

ormgmg

poQCiF

o > F với iC < IM, và o < F với iC > IM, tuy nhiên, o và F được xem

như là bằng nhau.

Tham số khuếch đại được cho bởi

công thức:

Với VCE << VA,

f đại diện cho hệ số khuếch đại điện

thế cực đại mà mỗi BJT có thể cung

cấp và không làm thay đổi điểm làm

việc tĩnh.

Hiệu ứng Early và hiệu điện thế Early

Khi phân cực nghịch trên tiếp nối collector-base tăng lên, độ rộng vùng

hiếm giữa cực thu và cực nền tăng lên, độ rộng cực nền giảm xuống.

Trong thực tế, ở miền hoạt động tích cực thì dòng thu không độc lập với

Hiệu ứng Early: khi đặc tính ngõ ra được ngoại suy về điểm iC = 0, các đồ

thị cắt nhau tại một điểm VCE = -VA nằm từ khoảng 15 V đến 150V

(VA : Điện thế Early)

Phương trình rút gọn (bao gồm hiệu ứng Early):

Ci 1exp

Bi exp

Ví dụ 6 và 7

• Ví dụ 6: Tính các giá trị của gm, rπ, ro, và μf cho transistor lưỡng cực với βo =

75 và VA = 60 V và Q-point (50 μA, 5 V).

• Đáp án: 2.00 mS, 37.5 kΩ, 1.30 MΩ, 2600

• Ví dụ 7: Tính các giá trị của gm, rπ, ro, và μf cho transistor lưỡng cực với βo =

50 và VA = 75 V và Q-point (250 μA, 15 V).

• Đáp án: 10.0 mS, 5.00 kΩ, 360 kΩ, 3600

expexp

Ci exp

Vì tính tuyến tính, ic tỉ lệ với vbe V502 mTVbev

Thay đổi trong ic tương ứng với chế độ hoạt động tín hiệu nhỏ:

200.0025.0

mVTVbevTVbev

Trong thực tế, ta chọn:

bev 510

Cbemc ImV

Ivgi 2.05

2 CIci 2.0

Vì tính tuyến tính, ic tỉ lệ với vbe

Các yêu cầu hoạt động ở tín hiêu nhỏ

của BJT.

1.8. Mạch tương đương AC và DC của mạch khuếch đại dùng

MOSFET

Mạch tương đương DC

Mạch tương đương AC

Mạch khuếch đại AC dùng MOSFET

MOSFET được phân cực trong vùng tích cực bởi một hiệu điện thế VGS. Q-

point được đặt tại (ID, VDS)=(1.56 mA, 4.8 V) với VGS =3.5 V.

Tổng điện áp giữa hai cực gate và source: gsvGS

1 V p-p thay đổi ở vGS dẫn đến 1.25 mA p-p thay đổi ở iD

và 4 V p-p thay đổi ở vDS. 47

Mạch khuếch đại AC dùng MOSFET

MOSFET được phân cực trong vùng tích cực bởi một hiệu điện thế dc VGS.

Q-point được đặt tại (ID, VDS)=(1.56 mA, 4.8 V) với VGS =3.5 V.

Tổng điện áp giữa hai cực gate và source: gsvGS

1 V p-p thay đổi ở vGS dẫn đến 1.25 mA p-p thay đổi ở iD và 4 V p-p thay đổi ở vDS.

• Vì cực gate được cách li khỏi kênh

bởi cổng-trở kháng vào của

transistor là rất lớn.

• Các tham số tín hiệu nhỏ được điều

khiển bởi Q-point.

• Với cùng một điểm hoạt động,

MOSFET có độ hỗ dẫn cao hơn và

trở kháng ra thấp hớn so với BJT.

Độ hỗ dẫn:

Trở kháng ra:

Tham số khuếch đại cho VDS<<1:

For VDS<<1

1.10. Chế độ hoạt động tín hiệu nhỏ của MOSFET

2 gsvTN

VgsvTN

Vì tính tuyến tính, id tỉ lệ với vgs

Vì MOSFET có để được phân cực bởi (VGS - VTN) lên đến vài volts, nó

có thể xử lí các giá trị của vgs lớn hơn các giá trị tương ứng của vbe cho

Thay đổi trong dòng mán tương ứng với chế độ hoạt động tín hiệu nhỏ:

2 gsvTN

VgsvnK

for TNV

Vgsv 2.0

GSVgsv 2.0

Ví dụ 8: Một MOSFET transistor với Kn = 2.0 mA/V2 và λ = 0 hoạt động

với Q-point (25 mA, 10 V). Tìm giá trị lớn nhất của vgs ở chế độ hoạt động

tín hiệu nhỏ. Nếu một BJT được phân cực ở cùng Q-point, tìm giá trị tương

ứng lớn nhất của vbe

Ví dụ 8

Ví dụ 8: Một MOSFET transistor với Kn = 2.0 mA/V2 và λ = 0 hoạt động với

Q-point (25 mA, 10 V). Tìm giá trị lớn nhất của vgs ở chế độ hoạt động tín

hiệu nhỏ. Nếu một BJT được phân cực ở cùng Q-point, tìm giá trị tương ứng

lớn nhất của vbe.

Đáp án: 1 V, 0.005 V

Ví dụ 8

Ví dụ 9: a) Tính các giá trị của gm, rπ, ro, và μf cho một MOSFET transistor

với Kn = 1 mA/V2 và λ = 0.02 V-1 hoạt động tại Q-point (250 μA, 5 V) và (5

mA, 10 V). b) Phân tích sơ đồ được cho để tìm giá trị của gm và ro

Ví dụ 9

Fig.13.2(b)

Ví dụ 9: a) Tính các giá trị của gm, rπ, ro, và μf cho một MOSFET transistor

với Kn = 1 mA/V2 và λ = 0.02 V-1 hoạt động tại Q-point (250 μA, 5 V) và (5

mA, 10 V). b) Phân tích sơ đồ được cho để tìm giá trị của gm và ro

Ví dụ 9

Ví dụ 9: a) Tính các giá trị của gm, rπ, ro, và μf cho một MOSFET

transistor với Kn = 1 mA/V2 và λ = 0.02 V-1 hoạt động tại Q-point (250

μA, 5 V) và (5 mA, 10 V). b) Phân tích sơ đồ được cho để tìm giá trị

của gm và ro

Đáp án: 7.42 x 10-4 S, 220 kΩ, 163;

3.46 x 10-3 S, 12.0 kΩ, 41.5, 1.3 x 10-3 S, ∞

Ví dụ 9

1.11. Mô hình tín hiệu nhỏ của JFET

Vì JFET thường hoạt động với

gate được phân cực ngược,

Đối với tín hiệu nhỏ, điều kiện đầu

vào là:

Hệ số khuếch đại:

GSVgsv 2.0

1.11. Các tham số tín hiệu nhỏ của JFET

pointQ

2pointQ21

pointQ

for PV

Dòng mán phụ thuộc vào điện áp ngưỡng và điện

áp ngưỡng phụ thuộc vào vSB.

Back-gate transconductance:

0<η<1 is called back-gate tranconductance

parameter.

Bulk terminal là một diode được phân cực nghịch.

Vì vậy, sự dẫn sẽ không diễn ra từ cực bulk tới các

cực khác.

poQpoQ

intint

1.12. Hiệu ứng thân trong MOSFET bốn cực

• Trong nhiều mạch điện, đặc biệt là IC, cực bulk và cực source

của MOSFET phải được nối với các điện áp khác nhau để vSB

khác 0. Giá trị này của vSB sẽ làm ảnh hưởng đến đặc tuyến i-v

của MOSFET bằng cách thay đổi điện áp ngưỡng. Hiệu ứng này

được gọi là hiệu ứng thân(Body Effect).

• Ở đây ta cho 2ϕF = 0.6 V.

Kết thúc chương 1

Chuong 1 Mo Hinh Tuong Duong(20!7!15)

Documents

Doc lap - Ty do - Hanh phucc3luuhoang.edu.vn/upload/62302/20190314/Thong_tu_so_02__28_2_2019_.pdf · Dinh duong, Ky thuat phuc hinh rang, Ky thuat xet nghiem y hgc, Ky thuat hinh

Kanji Qua Hinh Tuong

Thuyet Minh QCVN Tin Hieu Truyen Hinh Cap Tuong Tu (Hoi Thao 2)

Con Duong May Trang - Anagarika Govinda - Nguyen Tuong Bach Dich

Tinh Dien Tro Tuong Duong

Mau 2-141016-Quy Doi Tuong Duong

Dinh Duong Va Attp_ Pham Duy Tuong

123tailieu.com Dinh Duong Danh Cho Doi Tuong Mac Benh Tim Mach 1

5 Giai doan 2 Phan tich he thong - Ch5 Mo hinh hoa doi tuong

0119 -tu tuong hay hinh anh dep

dtbd.moha.gov.vn · BQNQIVV CQNG HOA . xA . HQI . CHiJ . NGHiA vq:T NAM . DQc lip - TV do - Httnh phuc . CHUONG TRINH . DOl DUONG LANH . D~O. cAp . so . vA . TUONG DUONG (Ban himh

Lich treo tuong (bloc) nganh Tai chinh - Tet duong lich 2013

Chuyen de Boi Duong HSG Casio Phan Hinh Hoc

HD 10 LLCT DOI TUONG KET NAP DANG - dukdn.laichau.gov.vndukdn.laichau.gov.vn/.../Thang11/HD-10-LLCT-DOI-TUONG-KET-NAP-DANG.pdf · thvc hi~n chuong trinh sat vai tinh hinh dia phuung,

Nhung buyoc duong tu tuong cua toi 961

Hinh anh khoa hoc y tuong kinh doanh

11-12-2005 Phan I (tu dau den duong cong hinh hoc).pdf

Bai Giang - Mo Phong Va Mo Hinh Hoa_ Duong Thuy Huong

admin.nhuatienphong.netadmin.nhuatienphong.net/img/posts/1_f4b1d6085e23cbdcbe5c471bb7b921f... · Tien và các khoán tuo.ng dtrŒng tien l. Tiên 2. Các khoàn tuong duong tien

Mo Hinh Tri Thuc Cac Doi Tuong Tinh Toan COKB